基于zigbee的无线照明系统的设计

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1、万方数据建筑电气基于ZigBee的无线照明系统的设计裴丽群，陈洪亮(上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240)[摘要]介绍了以ZigBee芯片JennicJN5121为核心组建的无线照明系统网络。重点阐述该网络的系统结构，微型节点的硬件实现，自组织组网和系统工作流程。关键词ZigBeeJN5121无线照明调光器0引言ZigBee是一种近年来才兴起的无线网络通信技术标准，成本低，功耗低是其突出优势。ZigBee无线照明方案基于802．15．4标准协议充分利用其布网和建网灵活的特点，并且通过ZigBee联盟的无线灯光控制规范，从而保证今后各厂商

2、的产品能够互联互通。通过ZigBee网络协调器用户可以在任何时候添加删除无线照明设备，任意组合各类控制器和照明设备的关系，最大限度的展现无线控制的特色和优点。图1ZigBee无线照明系统方案图1无线照明网络的系统方案设计针对ZigBee联盟制定的标准灯光控制规范，Zig—Bee灯光定义了灯光开关、调光器、感测设备的规范，以保证各个厂商相同产品间的混用和互换。原则上说，灯光开关，调光器、遥控器、感测器都能够成为网络的协调器和路由器。本文以遥控器作为网络协调器coordi—nator，灯光开关作为Router，调光器作为Enddevices。调光器可以以交

3、流电源供电，作为Enddevice可以大大减少ZigBee方案对于低功耗的较高要求。本文设计的调光器终端可以实现大功率1000W的20级调光，导通角可以达到90％以上，而且很少发热。如图1为一完整的ZigBee无线照明系统方案设计图。Coordinator可以通过串口或者TcP／IP和远程电脑通讯，完成楼宇照明监控。Router作为灯光开关采集coordinator的控制信号继而控制各个调光器的调光状态，或者将各个开关灯的信号反馈给coordinator。从而组成一个实时监控的无线照明网络继而成为整个楼宇控制和家居网络的一部分。2无线照明网络的子节点硬

4、件设计系统设计ZigBee通信及控制实现采用的是JN5121一Z01模块，JN5121-Z01模块是基于JN5121芯片所开发的一系列表帖形式的模块产品，该系列模块集成了所有的射频组件和无线微控制器。采用模块进行开发可以大大的减少开发人员的工作量，缩短产品的开发收稿日期：2007—10—28周期。作为子节点调光器主体回路采用双向可控硅控制，硬件回路如图2，通过JN5121的IO端口输出固定的交流频率的矩形波。波形的零点检测通过ANl输入MCU的模拟比较器正极(图3)，图中RED端输入的是调光器经过调光之后的正弦波，此电压波形相对GDN具有1．65V的偏

5、移量，因此经过电路整合输出的是0-1．65V以及1．65-3．3V的阶梯波，模拟正极ANl与5V电源的一半分压为负极作为比较，从而正确的检测出交流的零点值。根据当前调光器的状态延迟相应的时间在图2中ZF处输出正电压，从而完成每个周期波形的跟踪控制。图4为电源电路主体示意图，该电路通过基准3．3V稳压管产生3．3V电压，中间通过充电电流放大电路加速充电时间，并且左边主体部分通过采用15V的限压作用，缓解Q5的两端电压压降，从而减少其发热过量的问题。3无线照明网络的组网流程及软件实现应用程序通过802．15．4的协议栈API和IEEE802．15．4的协议

6、层进行交互，这一交互用来实现MCPS／MLME的请求和确认，消息的标识和回应。IEEE802．15．4协议层和更底层的硬件以及寄存器进行交互，硬件层产生各种中断通过中断句柄将其转发给各个软件模块。API负责处理各种中断，并向应用层提供了一个基于队列的接口，这样开发人员就可以不用自己处理各种中断的回调函数。当来自下层的中断产生时，中断的入口就会被分类压人到3个专用的队列中(MLME(网络管理队列)、MCPS(网络数据队列)．硬件事件队列)应用电工技术l2008I2期l1万方数据建筑电气VCC图2调光器硬件主体回路图3交流电压零点检测电路图4系统电源电路示

7、意图程序灵活的掌握时机从队列中取出事件进行处理。主要的程序接口为：voidvPr。cessEventQueues(void)。整个函数主要是将检测到的MCPS／MLME／HW消息队列通过各自的处理函数相应，分别是：vProcesstncomingData(psMcpslnd)；vProcessIncomingMIme(psMImeInd)；vProcessIncomingHwEvent(psAH[．一lnd)．在前两个函数里面通过采集不同的原语规范，其中包括Indication，Responce从而调用vAppTask实现不同的应用层自定义的函数。第3

8、个函数在后文会有详细介绍。总体软件框图如图5所示。vAppTask的函数原型是vAppTask